Nghiên cứu quản lý nước hệ thống canh tác vùng ngập lũ ĐBSCL

Luận án nghiên cứu mô hình quản lý nước và hệ thống canh tác tại ĐBSCL, đánh giá hiệu quả sử dụng nước nhằm thích ứng với biến đổi khí hậu.

• Tác giả: Nguyễn Văn Tuyến
• Người hướng dẫn: PGS. Văn Phạm Đăng Trí
• Trường học: Trường Đại học Cần Thơ
• Chuyên ngành: Môi trường Đất và Nước
• Đề tài: Nghiên cứu mô hình quản lý nước trong hệ thống canh tác tổng hợp vùng ngập lũ Đồng bằng sông Cửu Long để thích ứng với biến đổi khí hậu
• Loại tài liệu: Luận án Tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Cần Thơ

Tóm tắt

I. Khái niệm và tầm quan trọng của mô hình quản lý nước ĐBSCL

Mô hình quản lý nước ở Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) là một hệ thống tổng hợp nhằm tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên nước cho canh tác nông nghiệp trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp. Vùng ĐBSCL là một trong những khu vực nhạy cảm nhất với biến đổi khí hậu do bị tác động của nước biển dâng, xâm nhập mặn, và khô hạn kéo dài. Nghiên cứu của Đại học Cần Thơ cho thấy việc áp dụng mô hình quản lý nước hiệu quả không chỉ giúp tiết kiệm tài nguyên mà còn nâng cao hiệu quả kinh tế của nông nghiệp. Các mô hình canh tác như Lúa-Màu hay Màu-Màu đã chứng minh khả năng thích ứng tốt với các điều kiện khí hậu khắc nghiệt, giúp nông dân duy trì sản xuất bền vững.

1.1. Định nghĩa mô hình quản lý nước thích ứng

Mô hình quản lý nước thích ứng là phương pháp kết hợp giữa công nghệ tưới tiết kiệm nước, lựa chọn cây trồng phù hợp, và quản lý đất đai khoa học. Mô hình này đặc biệt quan trọng ở ĐBSCL nơi mà tài nguyên nước ngọt ngày càng khan hiếm. Các nghiên cứu từ 2012-2016 tại huyện Châu Phú, An Giang cho thấy hiệu quả sử dụng nước có thể tăng từ 3.000 đồng/m³ lên 19.284 đồng/m³ khi áp dụng đúng mô hình.

1.2. Vai trò trong thích ứng biến đổi khí hậu

Thích ứng biến đổi khí hậu thông qua quản lý nước là chiến lược thiết yếu cho ĐBSCL. Mô hình này giúp giảm nhu cầu tưới lên đến 2.006 m³/ha/năm khi chuyển từ canh tác 2 vụ lúa sang 2 vụ màu. Điều này không chỉ bảo vệ tài nguyên nước mà còn tăng lợi nhuận nông dân trong bối cảnh hạn hán kéo dài.

II. Các mô hình canh tác chính ở ĐBSCL

Ở Đồng Bằng Sông Cửu Long, có ba mô hình canh tác chính được áp dụng để quản lý nước hiệu quả: mô hình Lúa-Màu, mô hình Màu-Màu, và mô hình 2 vụ lúa truyền thống. Kết quả đánh giá tiềm năng đất đai tại An Giang cho thấy mô hình Lúa-Màu thích nghi tốt với hầu hết toàn tỉnh, trong khi mô hình Màu-Màu lại có hiệu quả sử dụng nước cao nhất đạt 12.896 đồng/m³. Nghiên cứu cụ thể cho thấy mô hình 1 vụ lúa - 1 vụ màu mang lại hiệu quả kinh tế 3.958 đồng/m³ và tiết kiệm được 1.036 m³ nước/ha/năm. Các vùng bị hạn hán trên 6 tháng như Tịnh Biên, Tri Tôn, Thoại Sơn không thích hợp cho mô hình 2 vụ lúa, nhưng lại phù hợp với canh tác cây màu tiết kiệm nước hơn.

2.1. Mô hình Lúa Màu và ứng dụng

Mô hình Lúa-Màu là phương pháp kết hợp canh tác lúa vụ chính với các cây màu vụ lẫn, giúp tối ưu hóa nước tưới và đất đai. Mô hình này thích nghi tốt ở hầu hết tỉnh An Giang, tiết kiệm được 1.036 m³ nước/ha/năm so với mô hình 2 vụ lúa. Hiệu quả sử dụng nước của mô hình này đạt 3.958 đồng/m³, tạo ra sự cân bằng giữa sinh lợi và bảo vệ tài nguyên.

2.2. Mô hình Màu Màu hiệu quả cao

Mô hình Màu-Màu cho thấy hiệu quả sử dụng nước tốt nhất với 12.896 đồng/m³ và tiết kiệm 2.006 m³ nước/ha/năm. Mô hình này thích nghi cao ở vùng Chợ Mới và những khu vực có hạn hán kéo dài. Canh tác cây bắp tiết kiệm 1.033 m³ nước/ha/vụ, còn cây ớt tiết kiệm 764 m³ nước/ha/vụ.

III. Các loại cây trồng thích ứng và hiệu quả sử dụng nước

Lựa chọn cây trồng phù hợp là yếu tố then chốt trong quản lý nước thích ứng ở ĐBSCL. Nghiên cứu tại huyện Châu Phú cho thấy các cây màu khác nhau có nhu cầu tưới và hiệu quả kinh tế rất khác biệt. Cây ớt đem lại hiệu quả sử dụng nước cao nhất với 19.284 đồng/m³, tiết kiệm được 764 m³ nước/ha/vụ so với canh tác lúa. Cây bắp cũng cho kết quả tốt với 4.785 đồng/m³ và tiết kiệm 1.033 m³ nước/ha/vụ. Trong khi đó, canh tác lúa chỉ mang lại 3.000 đồng/m³ hiệu quả sử dụng nước. Những số liệu này cho thấy việc chuyển từ canh tác lúa sang cây màu không chỉ giúp tiết kiệm nước mà còn tăng đáng kể lợi nhuận nông dân trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

3.1. Cây ớt loại cây hiệu quả nhất

Cây ớt là loại cây màu cho hiệu quả sử dụng nước cao nhất đạt 19.284 đồng/m³ và tiết kiệm tới 764 m³ nước/ha/vụ. Đây là sự lựa chọn lý tưởng cho canh tác thích ứng ở ĐBSCL, đặc biệt ở các vùng bị hạn hán kéo dài. Cây ớt cũng có giá trị thương phẩm cao và thích ứng tốt với điều kiện khí hậu nóng ẩm.

3.2. Cây bắp và các cây màu khác

Cây bắp mang lại hiệu quả sử dụng nước 4.785 đồng/m³ với nhu cầu tưới thấp hơn lúa 1.033 m³/ha/vụ. Nghiên cứu đề xuất cần tiếp tục đánh giá các cây màu khác như đậu xanh, đậu nành, và mè để xác định nhóm cây có nhu cầu tưới tối thiểu mà vẫn mang lại hiệu quả kinh tế cao.

IV. Giải pháp và quy trình quản lý nước bền vững

Để thực hiện hiệu quả mô hình quản lý nước ĐBSCL thích ứng biến đổi khí hậu, cần áp dụng một quy trình đánh giá hệ thống gồm ba bước chính: (1) Xác định mục đích, phạm vi và điều kiện áp dụng quy trình; (2) Xây dựng lưu đồ thực hiện công việc chi tiết; và (3) Mô tả đầy đủ từng bước thực hiện. Công cụ GIS (MapInfo) và mô hình tính toán AquaCrop được sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. Hiệu quả sử dụng nước được tính toán bằng công thức: Lợi nhuận/m³ nước sử dụng. Ngoài ra, cần có các giải pháp kỹ thuật để giảm thất thoát nước do bốc hơi và thấm lậu, đồng thời tìm biện pháp duy trì năng suất cây trồng khi áp dụng tưới tiết kiệm nước. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào các cây màu khác và các giải pháp hạn chế thất thoát nước để hoàn thiện hệ thống quản lý nước bền vững cho ĐBSCL.

4.1. Quy trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước

Quy trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước được xây dựng theo ba bước: xác định mục đích và phạm vi, xây dựng lưu đồ thực hiện, và mô tả chi tiết từng bước. Sử dụng công thức Lợi nhuận/m³ nước để đánh giá. Quy trình này giúp xác định loại cây trồng sử dụng ít nước nhất mà mang lại hiệu quả kinh tế cao, từ đó hỗ trợ canh tác thích ứng hiệu quả.

4.2. Giải pháp giảm thất thoát nước và duy trì năng suất

Giải pháp giảm thất thoát nước do bốc hơi và thấm lậu là rất cần thiết trong điều kiện thiếu nước tưới. Cần tìm biện pháp kỹ thuật để duy trì năng suất cây màu khi áp dụng tưới tiết kiệm nước. Các nghiên cứu tiếp theo về nhóm cây màu khác và công nghệ tiết kiệm nước sẽ hoàn thiện hệ thống quản lý nước bền vững cho ĐBSCL.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu Nước và an ninh lương thực là vấn đề được thế giới quan tâm nhiều. Biến đổi khí hậu đã làm cho nguồn nước ngọt hữu dụng trên thế giới ngày càng trở nên cạn kiệt. Chính vì vậy, tài nguyên nước đang cần được bảo vệ, tiết kiệm và sử dụng hợp lý (Đinh Thị Như Trang, 2014). Đối với Việt Nam cũng gặp các khó khăn về nước cũng như là bị thu hẹp diện tích sản xuất nông nghiệp và có thể dẫn đến mất an ninh về lương thực.

Tình hình hạn hán, xâm nhập mặn kéo dài từ năm 2015 - 2016 đã làm khoảng 369.000 hộ dân thiếu nước sinh hoạt, 250.000 ha hoa màu, 37.000 ha cây ăn quả tập trung, 164.000 ha cây lâu năm, 6.900 ha nuôi trồng thủy sản bị thiệt hại (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2016). Vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) cũng gặp khó khăn về nước và an ninh lương thực do biến đổi khí hậu và gia tăng sử dụng nước ở thượng nguồn đặc biệt trong mùa khô. Trong điều kiện biến đổi khí hậu (BĐKH) hiện nay, các biểu hiện như: gia tăng mực nước biển, gia tăng nhiệt độ, thay đổi lượng mưa và các hiện tượng thời tiết cực đoan đã ảnh hưởng đáng kể (cả trực tiếp và gián tiếp) đến các hệ thống canh tác nông nghiệp ĐBSCL (Lê Anh Tuấn, 2016). Ngoài biến đổi khí hậu, việc việc gia tăng sử dụng nước sông Mekong cũng làm lượng nước về ĐBSCL giảm (Osborne, 2009).

Cụ thể, Lào và Campuchia đang dự kiến tăng diện tích sản suất lúa lên 31.000 ha thông qua việc tận dụng nguồn nước sông MeKong để tưới (ICEM, 1999), Thái Lan đang tiến hành dự án (Kong-Loei-Chi-Mun) chuyển nước từ dòng sông MeKong đến các khu vực hạn hán vùng Đông Bắc Thái Lan, tất cả các yếu tố trên đều ảnh hưởng tiêu cực đến ĐBSCL (MRC, 2016). Việc tăng sử dụng nước ở đầu nguồn sông MeKong làm giảm lưu lượng nước từ thượng nguồn chảy đến và thiếu nước vào mùa khô ở vùng hạ lưu sông MeKong làm đất đồng bằng giảm đánh kể lượng phù sa, nước mặn xâm nhập ngày càng sâu vào đất liền vùng ven biển cả về không gian và thời gian (Lu and Siew, 2006). Các nước phát triển trên thế giới đã thực hiện nhiều giải pháp tổng thể nhằm quản lý, phát triển và sử dụng tiết kiệm tài nguyên nước đạt hiệu quả kinh tế cao. Cụ thể, ở Campuchia, một trong các giải pháp để ứng phó với hiện tượng khô hạn là xây dựng ao hồ để trữ nước vào mùa mưa, người dân quanh hồ Tonle Sap đã trữ nước lũ trong đầm lầy để tưới vào mùa khô (Fox and Ledgerwood, 1999).

Ở Đông Bắc bang Rajasthan, Ấn Độ, chính phủ đã xây dựng khoảng 10.000 công trình trữ nước dưới đất đã giúp tưới được 14.000 ha cho ngũ cốc, rau và hoa màu (Panigrahi et al. Ngoài ra, vùng bán khô cằn ở Châu Phi đã xây dựng hệ thống hồ chứa nước mưa tự nhiên phục vụ cho 1 sản xuất nông nghiệp (Traore and Wang, 2011). Ở Việt Nam, đối với thủy lợi, các tỉnh cần quản lý chặt chẽ nguồn nước, tổ chức lấy nước và tích trữ vào các ao, hồ, trục sông, trục kênh. Thực hiện tưới tiết kiệm nước, không để rò rỉ, thất thoát nước trên hệ thống kênh rạch nội đồng (Nguyễn Thanh Sơn, 2009).

Nạo vét một số trục kênh chính, củng cố bờ bao ngăn mặn, trữ ngọt, sửa chữa các cống, điều tiết nước. để tăng khả năng trữ nước ngọt (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2015). Những phân tích trên cho thấy việc phát triển kinh tế nông nghiệp ở ĐBSCL một cách bền vững thì đòi hỏi phải có những nghiên cứu về nhu cầu tưới của cây trồng và hiệu quả sử dụng nước. Việc xác định nhu cầu tưới của cây trồng giúp cho việc xác định chế độ tưới cho cây trồng hợp lý (không sử dụng nước lãng phí).

Xác định hiệu quả sử dụng nước giúp xác định được cây màu nào sử dụng nước phù hợp nhất đem lại hiệu quả kinh tế trong sản xuất nông nghiệp cao. Do đó câu hỏi nghiên cứu được đặt ra là: (1) Cây màu nào tiết kiệm tài nguyên nước và đem lại hiệu quả kinh tế trong sản xuất nông nghiệp cao? (2) Quy trình nào giúp đánh giá nhanh hiệu quả sử dụng nước cho cây trồng khác nhau? Chính vì vậy đề tài “Nghiên cứu mô hình quản lý nước trong hệ thống canh tác tổng hợp vùng ngập lũ ĐBSCL để thích ứng với biến đổi khí hậu” được thực hiện nhằm góp phần phục vụ cho mục tiêu phát triển nông nghiệp bền vững trong bối cảnh nguồn nước không ổn định ở đầu nguồn tình An Giang. Giả thiết nghiên cứu: (1) Đưa cây màu vào trồng trên nền đất lúa sẽ có hiệu quả sử dụng nước tưới cao hơn. (2) Có thể phát triển một quy trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho các loại cây màu.2 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu tổng quát: Xác định nhu cầu tưới cho cây màu và đánh giá hiệu quả sử dụng nước tưới trong nông nghiệp để phục vụ cho mục tiêu phát triển nông nghiệp bền vững trong bối cảnh nguồn nước không ổn định ở đầu nguồn tỉnh An Giang Mục tiêu cụ thể: - Xác định loại cây màu canh tác trên nền đất lúa sử dụng tài nguyên nước ít mà đem lại hiệu quả kinh tế cao trong sản xuất nông nghiệp.

- Xác định quy trình giúp đánh giá nhanh hiệu quả sử dụng nước.3 Nội dung nghiên cứu Để đạt được các mục tiêu nghiên cứu nêu trên, nghiên cứu thực hiện 3 nội dung sau: (1) Đánh giá tiềm năng đất đai tỉnh An Giang (2) Đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho cây màu trên nền đất lúa ở mô hình thực nghiệm tại xã Vĩnh Thạnh Trung, huyện Châu Phú, tỉnh An Giang (3) Xác định quy trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho các cây trồng khác nhau ở tỉnh An Giang.4 Giới hạn của nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu: Đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho cây bắp, ớt trong mùa vụ Đông - Xuân và Hè - Thu vùng ngập lũ huyện Châu Phú, tỉnh An Giang. Thời gian nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành từ tháng 01/2012 đến tháng 08/2016. Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu tập trung đánh giá tính thích nghi cho mô hình màu - màu và lúa - màu trên nền đất lúa ở tỉnh An Giang, xác định nhu cầu tưới của cây bắp và cây ớt trong vụ Đông - Xuân và Hè - Thu. Ngoài ra, nghiên cứu còn tập trung xây dựng quy trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước tưới vùng An Giang.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án 1.1 Ý nghĩa khoa học Luận án đã xác định được nhu cầu nước của cây màu (cụ thể là cây bắp và cây ớt) trong điều kiện biến đổi khí hậu và gia tăng việc sử dụng nước ở thượng nguồn sông MeKong.

Ngoài ra, luận án đề xuất quy trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho loại cây màu khác nhau cho vùng An Giang phục vụ phát triển nông nghiệp bền vững cho tỉnh An Giang.2 Ý nghĩa thực tiễn Về mặt kinh tế: Kết quả nghiên cứu xác định cây màu (cây bắp, cây ớt) có hiệu quả sử dụng nước hơn cây lúa, cây màu có thể thay thế cây lúa trong điều kiện thiếu nước tưới và nơi trồng lúa kém hiệu quả. Mô hình canh tác màu – màu và lúa – màu tiết kiệm nước và hiệu quả kinh tế cao so với mô hình lúa – lúa. Về mặt môi trường: Góp phần giảm thiểu phát thải khí hiệu ứng nhà kính do canh tác lúa 3 vụ liên tục. Việc thực hiện luân canh lúa màu góp phần đa 3 dạng hóa mô hình canh tác phá thế độc canh cây lúa, cải thiện độ phì nhiêu cho đất.

Ngoài ra, việc canh tác tiết kiệm nước ở vùng thượng nguồn giúp tiết kiệm nước cho vùng hạ lưu (đặc biệt là trong mùa khô). Về mặt xã hội: Kết quả của luận án về đánh giá đất đai giúp nhà quản lý và qui hoạch thực hiện qui hoạch và quản lý nguồn tài nguyên đất đai trong phạm vi toàn tỉnh An Giang. Kết quả của luận án hỗ trợ người dân địa phương lựa chọn cơ cấu nông nghiệp phù hợp trong điều kiệm cụ thể tỉnh An Giang. Ngoài ra, kết quả của luận án có ảnh hưởng đến chuyển biến nhận thức của nông dân trong việc sử dụng nước tưới tiết kiệm cho cây trồng.

Về mặt kỹ thuật: Kết quả luận án đã đề xuất qui trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước, qui trình này giúp đánh giá canh tác loại cây nào sử dụng ít nước mà đem lại hiệu quả kinh tế cao trong điều kiện nguồn nước không ổn định. Ngoài ra, kết quả luận án đã bổ sung vào giải pháp kỹ thuật trong sản xuất cây ớt và cây bắp.6 Điểm mới của luận án So với các công trình nghiên cứu gần đây, nghiên cứu tập trung vào một số điểm mới cơ bản sau: - Đưa cây màu vào trồng trên nền đất lúa, sau đó đánh giá hiệu quả sử dụng nước của mô hình canh tác và cây màu trên nền đất lúa tại Châu Phú, An Giang dựa trên đánh giá tỷ số hiệu quả kinh tế trong sản xuất nông nghiệp trên m3 nước sử dụng. - Xây dựng quy trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước tiêu biểu cho các cây trồng khác nhau ở tỉnh An Giang. Áp dụng quy trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho cây màu nhằm biết được cây màu tiết kiệm được tài nguyên nước và đem lại hiệu quả kinh tế trong sản xuất nông nghiệp.

4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan về đánh giá đất đai 2.1 Định nghĩa về đất Đất (soil) là phần tơi xốp của vỏ trái đất mà trên đó có các hoạt động của sinh vật. Độ dày thường được quy định từ 120-150 cm kể từ lớp đất mặt. Ở những nơi có tầng đất mỏng thì được tính từ lớp đá mẹ hay tầng cứng rắn mà rễ cây không thể xuyên qua được trở lên, có khi chì 10-20 cm. Ví dụ về một số loại đất như: Đất phù sa (Fluvisols), đất đỏ (Ferrasols) và đất xám (Acrisols) (Lê Quang Trí, 2010) 2.2 Định nghĩa đất đai Đất đai (land): là diện tích đất cụ thể của bề mặt trái đất, là khí hậu, địa hình, nước, trầm tích, sinh vật, hoạt động của con người (Lê Quang Trí, 2010).